[发明专利]一种高熔体强度生物降解聚酯材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高熔体强度生物降解聚酯材料，其特征在于由下述重量配比的原料制成：生物降解聚酯91.00‑99.88%；有机过氧化物0.01‑1.00%；硅烷偶联剂0.01‑3.00%；二氧化硅粒子0.10‑5.00%。本发明还提供上述高熔体强度生物降解聚酯材料的一种制备方法。这种高熔体强度生物降解聚酯材料的熔体强度高，绿色环保，能够完全满足涉及熔体拉伸的加工成型方式的需求。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种高熔体强度生物降解聚酯材料及其制备方法。

背景技术

近年来，由传统塑料造成的“白色污染”问题日益严峻，已成为全球性环境难题。目前，“限塑”已成为全球共识，多个国家及地区陆续出台相应“限塑”和“禁塑”政策，其中包括中国、韩国、泰国、德国、法国及欧盟其他成员国。在此背景下，生物降解绿色材料得到社会各企业越来越多的关注。

目前，生物降解材料主要包括聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸己二酸丁二醇酯(PBSA)、聚对苯二甲酸丁二酸丁二醇酯(PBST)、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚乙醇酸(PGA)和聚己内酯(PCL)等热塑性聚酯。上述生物降解聚酯均可以完全降解成为二氧化碳和水，其大规模推广对于解决不可降解塑料造成的“白色污染”问题具有重要意义。其中，聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯(PHA)和聚乙烯醇树脂(PVA) 等具有较高的模量及强度，满足一次性刀叉勺、餐盒、日用品和汽车内饰件等硬质制品的使用要求；聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸己二酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯等具有优异的柔韧性和拉伸性，具有类似于聚乙烯的力学性能，满足购物袋和农用地膜等软质产品的使用要求；聚羟基脂肪酸酯和聚丁二酸丁二醇酯等具有优异的耐热性，满足冷热食品的包装要求；聚乳酸、聚乙醇酸和聚己内酯等具有优异的生物相容性，可应用于手术缝合线、骨钉和缓释药物等产品领域。可见，生物降解聚酯在食品包装产品、一次性餐具、购物袋、农用地膜、日用品、汽车内饰件和医药等领域具有广阔的应用前景。

但是，现有生物降解聚酯均为线性分子结构，这导致生物降解聚酯的分子链间缠结作用力非常弱，以至于生物降解聚酯的熔体强度特别低。结果，在熔体拉伸过程中，生物降解聚酯呈现出显著的应变软化行为，以至于生物降解聚酯难以满足吹膜、吹瓶、热成型、发泡和快速纺丝等基于拉伸流动场加工成型工艺的生产要求。可见，生物降解聚酯的熔体强度低大大限制了其加工成型方式，进而削弱了其对传统不可降解塑料产品的竞争力。因此，提高熔体强度对于改善生物降解聚酯的加工性能和促进其产业化推广具有重要的意义。

据有关报道，在聚合物分子链中引入长链支化结构可以显著提高聚合物的熔体强度。目前，已报道的生物降解长支链聚酯的制备方法主要包括共聚技术、扩链技术、辐射诱导技术和有机过氧化物诱导技术。其中，共聚技术是在聚合过程中，采用支化单体在聚合物分子链中引入长支链。然而，共聚技术存在产物分子量低、生产效率低和溶剂易造成环境污染的问题，不适用于大规模生产。扩链技术主要是指在熔融加工过程中，采用多官能度环氧基和异氰酸酯基等反应性化合物作为扩链剂与生物降解聚酯进行化学反应。由于扩链剂的反应活性较低，扩链剂与聚酯进行充分反应需要较长的时间，不适合进行连续生产。并且，异氰酸酯化合物具有较大的毒性，这会限制可生物降解在与食品接触的产品领域中的应用。辐射诱导技术是指先将生物降解聚酯与多官能支化促进剂进行共混，然后采用伽马射线等高能射线诱导其进行自由基接枝反应，从而形成长支链结构。然而，辐射诱导技术存在需要分步加工、产品表里支化不均一、辐射设备昂贵以及员工的安全隐患问题。有机过氧化物诱导技术是指在熔融加工过程中，采用有机过氧化物诱导生物降解聚酯进行自由基接枝反应并生成长支链结构。然而，有机过氧化物用量较大，一方面，有机过氧化物反应剧烈，极易导致聚酯产生大量凝胶，导致其加工流动性较差；另一方面，有机过氧化物分解产生大量刺激性挥发物，并残留于长支链聚酯中，这限制了长支链聚酯应用于与食品接触的产品领域。可见，如何实现符合食品接触产品安全认证的高熔体强度生物降解聚酯材料，对于开发涉及拉伸流动场加工成型的生物降解聚酯材料和拓展生物降解聚酯的应用领域具有重要的意义。